16MnR钢焊接接头疲劳裂纹扩展行为及裂纹闭合效应的研究

测定了16MnR母材、焊缝以及热影响区三种试件的疲劳裂纹扩展速率和在四个应力比(R=0.1,0.3,0.5,0.8)下的门槛值。得到了在疲劳裂纹扩展中速区和低速区的扩展规律。此外,还研究了残余应力和应力比对该钢种疲劳门槛值的影响,以及近门槛值域内疲劳裂纹的闭合效应。     

缺口应力集中对5083-H111铝合金超高周疲劳性能的影响

为正确评价超高周范围内带缺口的5083-H111铝合金疲劳强度的降低程度和疲劳强度对缺口的敏感程度,用20kHz的超声疲劳实验技术分别对漏斗形光滑试件、缺口（2种）试件进行了105~1010周次的对称拉压超声疲劳实验,并用扫描电镜分析了疲劳断口形貌。结果表明:在1010周次内,光滑和缺口试件疲劳曲线分别表现出极限平台型和连续下降型特征,缺口显著降低了5083-H111铝合金的疲劳性能;绝大部分试件疲劳裂纹萌生于表面,断口上没有观察到鱼眼形貌特征。理论应力集中系数为1.94的试件疲劳弧线成凹形,理论应力集中系数为2.90的试件裂纹源分布在断口四周;不同的疲劳裂纹萌生机制使得缺口应力集中对疲劳性能的影响规律不同,对于只有一种表面裂纹萌生机制的5083-H111铝合金,超高周范围内疲劳缺口系数和疲劳缺口敏感系数均随着疲劳寿命的增加而增加。      

用双缺口板试件估算锅炉汽包疲劳裂纹形成寿命的研究

本文提出了用双缺口板试件在常温下的疚劳裂纹形成寿命,估算锅炉汽 包疲劳裂纹形成寿命的新方法。文中用弹塑性有限元法对缺口试件进行 了分析,还用局部应力一应变法对缺口试件的裂纹形成寿命进行了估算, 其结果与试验寿命相差在系数为2的范围以内。同时还研究了变幅低周 疲劳下缺口试件和锅炉汽包的损伤,并考虑了平均应力的影响。      

钢桥顶板与竖向加劲肋疲劳性能衰退影响分析

制作6个顶板与竖向加劲肋连接细节试件,考虑了焊缝熔透率和加载应力幅进行疲劳等幅加载试验。通过比较应力幅变化速率,研究了两种焊缝(角焊缝和全熔透焊缝)试件的疲劳性能,分析了疲劳性能衰退影响因素。分析结果表明：裂纹开展过程中,全熔透焊缝试件相对于角焊缝试件,其应力幅衰退变化更显著。试件疲劳裂纹开展至距离焊趾处10 mm 时,试件的疲劳性能衰退得较快;超过10 mm后,试件的疲劳性能衰退速率逐渐降低。该试验中,75%熔透率角焊缝试件的疲劳性能比全熔透焊缝试件的衰退得慢,75%熔透率角焊缝试件的疲劳性能比全熔透焊缝试件的好。     

机翼结构件的疲劳测试

在交变载荷作用下, 在机翼腹板结构件表面粘贴应变花, 实时监测疲劳试验时试件的应力应变状况, 采用X射线确定了疲劳破坏后的试件表面和内部裂纹的大小与位置, 分析了结构件结构损伤的部位和损伤程度, 预测了结构件的裂纹扩展寿命。测试结果表明: 在40kN正弦交变压缩载荷作用下, 试件的疲劳寿命约为100万次, 符合疲劳寿命分布预期1万~100万次; 疲劳试验测得的应力与理论计算结果有相近的变化趋势, 误差约为10%;高锁螺栓和薄板断裂破坏是该处过大的载荷和绕x轴的弯矩共同导致的; 估算的疲劳裂纹扩展寿命为10 183次。     

疲劳破坏主裂纹的分形分析

通过实验分析得到的在不同应力循环次数下疲劳破坏试件的主裂纹.发现形成疲劳破坏断口的主裂纹随着应力循环次数的增加,主裂纹形成、发展并具有分形行为;当循环次数增加到一定值时,主裂纹的分形维数随着循环次数增加而减小;当发生疲劳破坏时,主裂纹的分维数近似等于1,对应的应力循环次数是灾变点.     

基于声发射技术的钢桥面板疲劳损伤监测与评估

采用多种监测技术融合手段, 对正交异性钢桥面板开展了疲劳损伤监测与评估, 包括足尺正交异性钢桥面板节段模型疲劳试验与某公路斜拉桥正交异性钢桥面板运营阶段的疲劳损伤监测; 在正交异性钢桥面板疲劳试验中, 综合采用了美国物理声学(PAC)声发射(AE)传感器、智能锆钛酸铅压电漆(PZT)传感器和应变片进行了粘贴钢板冷加固前后的疲劳裂纹监测; 对处于运营阶段的斜拉桥钢桥面板疲劳开裂区域, 采用了粘贴角钢的冷加固方法进行加固, 并对加固前后的桥梁结构开展了AE监测和应变监测以研究疲劳裂纹状态与检验冷加固方法的效果。疲劳试验与监测结果表明: PAC的AE传感器和智能PZT传感器能有效捕捉具有突发峰值与快速衰减特征的疲劳扩展信号, 二者的协同应用实现了疲劳裂纹智能感知, PAC的AE传感器组能实时捕捉纵肋上的疲劳裂纹扩展长度和方向; 粘贴钢板冷加固后, 应力水平稳定在64.8 MPa, 直到继续循环加载至512万次仍无疲劳裂纹扩展, 验证了正交异性钢桥面板粘贴钢板疲劳冷加固措施的良好加固效果; 在疲劳试验过程中, PAC的AE传感器和智能PZT传感器监测疲劳裂纹扩展结果一致性良好, 与应变片相比可实时捕捉更丰富的疲劳裂纹动态信息。对运营阶段正交异性钢桥面板疲劳监测与评估结果表明: 加固前AE监测结果峰值能量是加固后峰值能量的5倍, AE累积信号由加固前的密集分布改变为加固后的稀散分布, 表明加固后的钢桥面板疲劳裂纹处于稳定状态; 随着加载车辆行驶通过, 冷加固后的疲劳裂纹尖端应力峰值降低40%至50%;对比加固前后的24 h疲劳应力连续监测结果, 疲劳细节附近应变片的应变水平从加固前的78 MPa下降至加固后的48 MPa; AE信号峰值能量、AE累积信号和应力水平的监测结果均证明了冷加固技术对正交异性钢桥面板疲劳开裂加固的有效性。     

疲劳破坏主裂纹的分形分析

通过实验分析得到的在不同应力循环次数下疲劳破坏试件的主裂纹．发现形成疲劳破坏断口的主裂纹随着应力循环次数的增加，主裂纹形成、发展并具有分形行为；当循环次数增加到一定值时，主裂纹的分形维数随着循环次数增加而减小；当发生疲劳破坏时，主裂纹的分维数近似等于1，对应的应力循环次数是灾变点．     

预应力CFRP板加固钢板受拉疲劳性能试验研究

为较好地预测预应力碳纤维材料(CFRP)板加固钢结构的疲劳性能,采用考虑有效应力强度因子幅的Pairs公式,分析了粘贴预应力CFRP板加固钢板的疲劳裂纹扩展行为.通过粘贴CFRP板的含中心孔的预制裂纹钢板的疲劳试验,分析了应力比、CFRP板刚度、预应力及粘结胶性能等因素对疲劳裂纹扩展的影响.试验结果表明:加固后结构的疲劳寿命提高16倍以上,疲劳寿命的理论分析结果偏于保守;预应力是疲劳寿命的主要影响因素,而CFRP板和粘结胶性能的影响有限;应力比埘疲劳寿命的影响很大,因此,对交通荷载的正确预估是加固能否取得成功的基础.     

铁路车辆ZG25钢铸件疲劳浅裂纹特性试验研究

通过试件试验，揭示了ＺＧ２５钢疲劳浅裂纹的长度与扩展速率和门槛值的关系，以及扩展速率与应力强度因子幅的变化关系。分析确定了ＺＧ２５钢的浅裂纹最大尺寸。用有效应力强度因子幅，并在其中引进材料的参数，作为裂纹扩展的控制参量，使浅裂纹和长裂纹的数据点处在同一个分布带内，即可用一个关系式来描述浅裂纹和长裂纹的扩展规律。     

热矫正对Q345E低合金钢角接接头疲劳性能的影响

通过三点弯曲疲劳试验对Q345E低合金钢T型角接接头的疲劳性能进行研究,并将700℃矫正、800℃矫正和1000℃矫正与不矫正的T型角接接头中值疲劳强度进行了对比.结果表明:随着矫正温度的升高,Q345E低合金钢T型角接接头疲劳性能呈上升趋势,700℃矫正、800℃矫正、1 000℃矫正的T型角接接头的疲劳强度与不矫正试件相比分别升高45、45和47.5 MPa,1 000℃矫正试件疲劳强度最高.试件的疲劳裂纹均从试件边缘(夹渣)处启裂,启裂区和扩展区均具有典型的疲劳断裂特征,疲劳纹清晰并很粗,终断区为韧窝型韧性断口.     

BHW 35钢低周疲劳裂纹扩展速率和延性断裂韧度

本文对BHW35钢进行了两种几何形状试样、三种应变比和两种裂纹面取向条件下的低周疲劳裂纹扩展速率测定;还测定了BHW35钢经低周疲劳循环以后的表观启裂韧度J_i及J_R曲线的斜率dJ/da;提出了一种新的ΔJ定义来描述低周疲劳裂纹扩展速率。试验结果表明该项疲劳裂纹扩展速率不受试样几何形状、应变比和裂纹面取向等因素的影响;经低周疲劳后的J_i和dJ/da相应地都小于一次加载时的值,因此用一次加载的J_i和dJ/da值评定结构缺陷严重性可能偏于危险。     

沥青混合料二点梯形梁与四点小梁疲劳试验方法对比

小梁疲劳试验是广泛应用的沥青混合料疲劳试验方法,两点梯形梁疲劳试验(two-point trapezoidal beam fatigue test,2PB)主要在欧洲应用而四点弯曲小梁疲劳试验(four-point bending beam fatigue test,4PB)在美国应用广泛。从试验标准、试件要求、老化条件、试验操作和结果应用等方面进行2PB与4PB的对比,指出2PB试验中试件成型复杂,试件尺寸精度要求高,对设备要求复杂,但试件具有较好均匀性和代表性;4PB试件成型较简单,试件尺寸易满足。2PB试件黏附、固定、更换费时,操作上繁琐一般最大加载应变500με;4PB试验中试件固定、更换、调整应变等直接通过软件实现,操作容易,最大加载应变可达到2 000με。2PB疲劳试验试件数要求多,获取疲劳曲线试验周期为4PB试验的两倍以上。2PB试验后试件表面可见裂纹,测量结果对应混合料的实际疲劳寿命而4PB测量疲劳寿命结果较保守。2PB疲劳结果离散性小于4PB结果,2PB结果可用于混合料疲劳性能评价以及作为路面设计输入参数,4PB结果仅用于混合料疲劳性能的评价。     

G104国道绍兴段公路桥梁疲劳车辆荷载模型研究

基于WIM系统采集得到G104国道绍兴段一个月的交通荷载数据,首先划分交通荷载的车型类别,并对轴载质量、轴距等参数进行统计分析。然后,根据疲劳等效损伤原理,建立疲劳等效车辆模型。在此基础上,推导得出适用于该路段的疲劳荷载谱,并选用20m钢筋混凝土简支T梁构建疲劳验算模型,基于应力-寿命曲线和Miner线性累积损伤理论计算分析各疲劳车型产生的疲劳损伤度值。最后,根据各疲劳车型的疲劳损伤度比大小,选取典型疲劳代表车型,建立适用于G104国道绍兴段的公路桥梁疲劳车辆荷载模型。通过计算分析可知:G104国道绍兴段的N7疲劳车型产生的疲劳损伤值最大,钢筋应力幅值及实际加载循环次数是决定疲劳损伤值大小的主要参数。钢筋应力幅值主要由疲劳荷载的车型与载重质量大小控制,而实际加载循环次数则与通行荷载的交通流量大小密切相关。     

疲劳裂纹扩展速率(da)/(dN)的超声瑞利波测量

本文应用超声瑞利波在含有裂纹的试件内传播性质的变化特征,采用脉冲回波重合法,精确测定裂纹开口处和裂纹尖端处瑞利波两个脉冲反射信号的时延,从而测定出在疲劳载荷作用下,裂纹的扩展尺寸.测量疲劳裂纹扩展速率da/dN的精度可达到10~(-3)mm/周次,适应于在弹塑性区域内疲劳裂纹扩展速率的测定.     

横向振动对钢板梁桥联结杆件疲劳应力的影响

列车过桥引起上承式钢板梁桥的横向振动，使上平纵联出现疲劳断裂。分析了杆件疲劳裂纹的形成，应用钢桥疲劳设计理论对其疲劳强度进行检算，确定了疲劳断裂的根本原因。     

基于Fe-SMA的钢桥面板疲劳裂纹装配式主动加固方法

为实现对钢桥面板的快速加固,提出了基于铁基形状记忆合金(Fe-SMA)的钢桥面板疲劳裂纹新型装配式主动加固的方法;通过精细化双面加固有限元模型计算结果及对初步激活与加载试验的观察,验证了加固系统安全性与可靠性;在此基础上以U肋对接焊缝的疲劳裂纹为研究对象,根据线弹性断裂力学,结合该疲劳细节受力与开裂特征,采用循环荷载作用下表面裂纹和中裂纹尖端的Ⅰ型裂纹应力强度因子幅值对加固系统的加固效果进行评价,确定了针对不同长度裂纹的具体加固方案。研究结果表明：基于Fe-SMA的钢桥面板疲劳裂纹主动加固方法可将裂纹尖端应力强因子幅值降低至扩展阈值以下,能有效遏制疲劳裂纹的进一步扩展;对于长度在50 mm以下的未贯穿型疲劳裂纹可采用宽度为60 mm的Fe-SMA进行加固,裂纹前缘关注点应力强度因子降幅达90%以上;当贯穿型疲劳裂纹长度为50~120 mm时,可采用宽度为120 mm的Fe-SMA进行加固;当疲劳裂纹长度为120~350 mm时,需采用底板、腹板同时加固的方法来对疲劳裂纹进行加固,均能达到理想的止裂状态。     

钢板-混凝土组合加固混凝土T梁的抗弯性能试验

设计了4根钢板-混凝土组合加固混凝土T梁进行抗弯承载力试验, 试件的主要设计参数包括损伤程度和植筋间距。采用荷载传感器、位移计和应变计, 分别测量了加载过程中试验梁的荷载、挠度、应变、裂缝的产生和发展、新老混凝土界面与钢板-加固混凝土界面的纵向滑移, 采用有限元软件ANSYS分析了试件的受力性能, 采用塑性方法研究了试件的极限抗弯承载力, 并对比了模型试验、数值模拟与理论分析结果。分析结果表明: 钢板-混凝土组合加固可使混凝土T梁极限抗弯承载力提高约2倍, 植筋间距与原梁弯曲损伤程度对组合加固T梁的极限抗弯承载力影响约为4%, 植筋间距越大, 新老混凝土界面纵向相对滑移越大, 极限抗弯承载力的数值计算值和理论计算值与试验值最大相对差值为9%, 因此, 模型试验、数值模拟与理论计算结果均表明钢板-混凝土组合加固可显著提高混凝土T梁的极限抗弯承载力。     

基于疲劳累积损伤的弹塑性裂纹扩展分析

根据裂尖疲劳损伤累积导致材料破坏的观点,发展了一个弹塑性疲劳裂纹扩展模型. 假设在裂纹前缘HRR场内存在一个高应变区,该区长度x*等于材料常数D、其塑性 变程是△尹,由N区朋on公式求出对应于△a*的疲劳破坏循环数N白,则疲劳裂纹扩 展速率就是x‘/N,。新模型建立了材料低周疲劳特性与弹塑性裂纹扩展规律之间的 联系。由模型计算得到的弹塑性裂纹扩展速率与实验结果的比较表明,二者吻合良 好。      

非线性疲劳损伤累积下钢轨裂纹萌生预测

将考虑荷载作用次序的损伤曲线法与考虑荷载相互作用的疲劳损伤法相结合,修正了非线性疲劳损伤累积模型,提出基于非线性疲劳损伤累积的钢轨疲劳裂纹萌生-磨耗共存发展预测方法,并与其他线性和非线性疲劳损伤累积模型的预测结果进行对比.结果发现:非线性疲劳损伤累积模型计算的累积损伤高于线性疲劳损伤累积模型的结果,其中非线性疲劳损伤累积修正模型得到的损伤累积最大,相应的裂纹萌生寿命最小;对U75V热处理钢轨来说,非线性疲劳损伤累积修正模型预测的裂纹萌生寿命为车轮通过次数约2.58×105次,裂纹萌生于钢轨次表面,距离钢轨表面深度约2.12mm,平均磨耗发展率为2.90μm/万次;Miner线性疲劳累积模型预测的裂纹萌生寿命接近现场观测值的上限,非线性疲劳损伤累积修正模型预测的裂纹萌生寿命接近观测结果中值.